РАЗРАБОТКА, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,
ПРОИЗВОДСТВО
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ПРОДУКЦИИ
Изделия из металла

Справочная информация

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Консультант: Антон Козловский
Телефон: +7 (495) 507-08-61
E-mail: anton@nomacon.ru
Skype: antonkozlovsky1
ЗАКАЗАТЬ

Что такое пресс-форма

Пресс-форма — устройство для получения изделий различной конфигурации из металлов, пластмасс, резины и других материалов под действием давления, создаваемого на литьевых машинах.

Пресс-формы применяют при литье под давлением металлов и полимерных материалов, литье по выплавляемым моделям, прессовании полимерных материалов. Различают множество видов пресс-форм: ручные, полуавтоматические и автоматические; съемные, полусъемные и стационарные; с горизонтальной и вертикальной плоскостями разъёма; с одной или несколькими плоскостями разъёма. Пресс-форма состоит из неподвижной части (матрицы), и подвижной части (пуансона), формующие полости которых являются обратным (негативным) отпечатком внешней поверхности заготовки. В одной пресс-форме может одновременно формоваться несколько деталей (многоместные формы). Подвод материала к формующей полости осуществляется через литниковую систему, а съём готового изделия — при помощи системы выталкивания. В зависимости от материала и требований к получаемой заготовке в форме поддерживают определённый температурный баланс. Для регулирования температуры формы в основном используют воду, пропуская ее через каналы охлаждения.

Ввиду относительно высокой стоимости пресс-форм, их использование в основном характерно для серийного и массового производства.

Литьё под давлением

Литьё пластмасс под давлением — технологический процесс переработки пластмасс путем впрыска расплавленного материала под давлением в пресс-форму с последующим охлаждением.

Методом литья пластмасс производится более трети от общего объема штучных изделий из полимерных материалов, а больше половины номенклатуры оборудования, применяемого в переработке полимеров, предназначено для литья под давлением. Литье под давлением является наиболее производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной формы из термопластов, поэтому идеально соответствует массовому производству изделий, важным требованием к которым является точное соответствие размерам. При массовом производстве обязательно учитывают возможность автоматизации процессов, а так же принимают во внимание наличие оборудования, квалификацию персонала и т. п.

Для литья используют сырье в виде гранулированных термопластов и термореактивных порошков, обладающих широким диапазоном механических и физических свойств. Важно отметить, что выделяют две основные группы полимеров: термопластичные, сохраняющие способность к повторной переработке после формования и термореактивные — переработка которых сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Литье пластмасс — комплекс циклических процессов, обеспечивающий получение изделий из пластмасс с заданными свойствами с применением специального оборудования. Суть процесса заключается в том, что расплавленный пластик, находящийся в шнеке машины, перемещается под действием поршня через литниковые каналы, заполняя с высокой скоростью полость пресс-формы, а затем, остывая, образует отливку.

Отливка образуется в литейной форме следующим образом. В жидком пластике при высоких температурах атомы движутся беспорядочно. После заливки в форму он охлаждается и затвердевает около центров кристаллизации с образованием кристаллических решеток твёрдых фаз. Вокруг центров кристаллизации происходит рост кристаллов, вначале у стенок формы, а затем внутри тела отливки. После кристаллизации пластмассы в форме получается отливка.

В процессе получения детали необходимо выдерживать температурный и временной режим. Наиболее важным является соблюдение режима кристаллизации, при котором необходимо выдержать температуру и время выдержки при данной температуре. В противном случае возможны скрытые и видимые виды брака, которые оказывают влияние на свойства будущего изделия Допустимо, когда после получения детали необходимо удалить следы облоя. Это острые тонкие остатки пластмассы, застывшие в зоне смыкания и в технологических зазорах пресс-формы.

Не менее важным этапом процесса литья является выбор оптимального метода переработки и условий его осуществления, разработка рецептуры материала (приготовление и подготовка к формованию — дозировка, сушка, смешение с добавками и красителями).

Процессу литья обязательно предшествует этап проектирования конструкции изделия и формующего инструмента (пресс-формы), а так же отрабатывается конструкция детали на технологичность, учитываются свойства пластика и технология изготовления. Конструкция отливки должна иметь литейные радиусы, литейные уклоны, одинаковую толщину стенок. Точность размеров и шероховатость поверхности детали в большей степени должны соответствовать возможностям литья. Готовые детали имеют гладкие поверхности с шероховатостью от 1,25 до 0,08 мкм, точности получаемых размеров в пределах 10-12-го квалитета точности и почти не требуют дополнительной обработки.

Литниковые системы

Любая литниковая система состоит из трех элементов:

  • основного литникового канала, по которому расплав из материального цилиндра поступает в прессформу;
  • разводящего канала, ответвляющегося от основного в сторону оформляющего гнезда;
  • впускного канала, по которому расплав непосредственно поступает в оформляющую полость.

В зависимости от конструкции детали и пресс-формы различные литниковые системы могут иметь все три элемента или один либо оба последних могут отсутствовать (например, в одногнездных пресс-формах встречаются случаи, когда в оформляющую полость материал поступает прямо из основного канала).

1. Центральный литник

Основной канал оформляется в специальной литниковой втулке в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено к соплу машины. Диаметр входного отверстия зависит от веса впрыска и свойств перерабатываемого материала. Рекомендуемая конструкция литниковой втулки приведена на рис. 1.

Следует отметить, что радиус сферы втулки r надо делать на 1 мм больше, чем радиус сфер сопла машинs r1, для нормального прилегания втулки к соплу при смыкании. Непосредственно за втулкой для улавливания первой охлажденной порции массы и удержания литниковой системы в подвижной части пресс-формы обычно предусматривается специальное гнездо с обратным конусом. Угол этого конуса может иметь различную величину в зависимости от типа полимера.

Размеры, проставленные на рис. 1, приведены только в качестве примера.

Сечение центрального литникового канала не должно быть слишком большим, так как это увеличивает время охлаждения, расход материала и может ухудшить внешний вид изделия.

Диаметр канала d рекомендуется выполнять на 0,4-0,6 мм больше диаметра сопла.

иаметр на входе в литниковую втулку можно определить аналитически, вычислив расчетный диаметр, мм

где V - объем впрыска, см3; v - средняя скорость течения материала в литниковой втулке, см/с; ?- продолжительность впрыска, с. Рекомендуемые значения средней скорости: для отливок объемом до 100 см3 - 300 см/с; для отливок объемом до 500 см3- 450 см/с; для отливок объемом более 500 см3 - 550 ...600 см/с.

Время впрыска (выбирают в соответствии с технической характеристикой литьевой машины) должно быть увязано с массой и толщиной отливки: для тонкостенных отливок b отливок малой массы время впрыска меньше, для толстостенных отливок и отливок большой массы время больше. Оптимальная длина центрального литникового канала зависит от его диаметра и составляет 20-40 мм.

2. Разводящие каналы

Разводящие каналы являются частью литниковой системы, соединяющей оформляющие полости пресс-формы с центральным литником. Во всех случаях нужно укорачивать разводящие каналы, так как увеличение длины канала ведет к возрастанию расхода материала, потерь давления, а также ориентационных напряжений в изделиях.

Поверхность разводящих каналов для большей части перерабатываемых полимерных материалов не полируют для удержания на стенках затвердевшего слоя полимера и предотвращения уноса в оформляющую полость формы.

При заполнении каналов расплавом полимера прилегающие к стенкам слои материала интенсивно охлаждаются и затвердевают, уменьшая эффективное сечение канала. В связи с этим каналы редко изготовляют с площадью поперечного сечения меньше 7 мм2 (d 3 мм). В то же время площадь поперечного сечения канала не должна быть слишком велика, чтобы не изменялась продолжительность цикла литья, что возможно при литье очень тонких изделий. По этой причине нежелательно изготовлять каналы с сечением более 80 мм2 (d 10 мм).

Необходимо добиваться такого расположения разводящих каналов, которое обеспечивает идентичные условия заполнения оформляющих гнезд расплавом полимера. Проще всего эту задачу решить при таком расположении каналов, когда пути течения до каждого гнезда равны.

3. Впускные каналы

Впускные каналы являются продолжением разводящих; они представляют собой суженную часть канала, непосредственно примыкающую к полости пресс-формы. Канал сужается с целью повышения скорости впрыска расплава в полость, повышения его температуры, текучести. Выбор места впуска связан с необходимостью обеспечения наименьшего пути течения массы, а также с движением потока по тому направлению, которое совпадает с направлением действующих при эксплуатации наибольших усилий.

Впуск должен быть расположен так, чтобы по возможности обеспечить равномерное заполнение и одновременное достижение расплавом краев формующей полости. Полость должна заполняться в направлении потока прямолинейным фронтом, а не свободной струей. При формовании длинных плоских сплошных изделий расплав нужно подводить не параллельно большей стороне изделия, а перпендикулярно ей. Впуск должен быть расположен в местах наибольшей толщины изделия и максимально удален от участков с тонкими стенками. Если впуск расположен не на самом толстостенном участке отливки, то для нее обычно характерны раковины, утяжины и большой разброс размеров, так как время подпитки толстостенных участков уменьшается из-за быстрого затвердевания тонкостенного участка.

4. Вентиляционные каналы

Проектирование литниковой системы заканчивается расчетом вентиляционных каналов (не относящихся, естественно, к литниковой системе). При заполнении оформляющей полости находящийся в ней воздух, а также выделяющиеся из полимера газы сжимаются, препятствуя заполнению формы. При этом температура газа может достигать 300-400 С. На изделии могут появиться дефекты в виде резко выраженных спаев в местах встречи потоков расплава, недоливов, прижогов. Кроме того, происходит растворение газа в отливке, приводящее к уменьшению прочности и деформации изделия. В связи с этим, для отвода газов из оформляющего гнезда в форме предусматривают вентиляционные (газоотводящие) каналы в местах, заполняемых расплавом полимера в последнюю очередь. Это, как правило, наиболее удаленные от места впуска участки полости с максимальным сопротивлением течению, где происходит защемление и сжатие газа.

Часто роль вентиляционных каналов могут играть роль зазоры в толкателях, вставках, подвижных и разъемных элементах оформления. По этому каналы выполняются в форме после ее испытания только тогда, когда поперечное сечение зазоров в подвижных соединениях оказывается недостаточным для удаления газов.

Что такое пластмасса

Пластмассы (пластические массы, пластики) — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры).

Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров. Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формоваться и сохранять после охлаждения или отверждения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

Получение

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа.При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен) Пластические массы получают на основе высокомолекулярных соединений — полимеров. Их разделяют на два класса — термопласты и реактопласты. Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластик, который используют для производства мебели, получают путем пропитки бумаги термореактивными смолами, причем производство бумаги является наиболее энерго- и капиталоемким процессом. Используется 2 типа бумаг: основой пластика является крафт-бумага (плотная и небеленая) и декоративная (для придания пластику рисунка). Смолы подразделяются на фенолформальдегидные и меломиноформальдегидные (их производят из карбомида, они более дорогостоящие). Первые используются для пропитки крафт-бумаги, вторые – для декоративной.

Пластик состоит из нескольких слоев. Защитный слой – оверлей – практический прозрачный. Изготавливается из бумаги высокого качества, пропитывается меломиноформальдегидной смолой. Следующий слой – декоративный. Затем несколько слоев крафт-бумаги, которая является основой пластика. И последний слой – компенсирующий (крафт-бумага, пропитанная меломиноформальдегидными смолами). Этот слой присутствует только у американского пластика.

Свойства

Пластмасса характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см?), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Термопласты (термопластичные пластмассы) при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50 — 250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 Х 15 Х 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 Х 15 мм, равное 50 кгс/кв.см, разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм. переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг.) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Методы переработки

Литье, Литье под давлением, Экструзия, Прессование, Виброформование, Вспенивание, Отливка и пр.

Механическая обработка пластмасс.

Пластические массы, по сравнению с металлами, обладают повышенной упругой деформацией, вследствие чего при обработке пластмасс применяют более высокие давления, чем при обработке металлов. Применять какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых случаях при окончательной обработке допускают применение минерального масла. Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластические массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке пластмасс режущими инструментами надо применить высокие скорости резания и уменьшать подачу. Износ инструмента при обработке пластмасс значительно больше, чем при обработке металлов, почему необходимо применять инструмент из высокоуглеродистой или быстрорежущей стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь для этого мелкозернистыми кругами.

При токарной обработке не рекомендуют применять подачи более 0,3-0,5 мм/об. Скорость резания при пользовании резцами из твердых сплавов может составлять 60-100 м/мин., а при пользовании резцами из быстрорежущей стали – 30-40 м/мин.

Угол резания резцов 85-90°; при обдирочных работах этот угол может быть 85°.

Величина заднего угла резца не должна превышать 10-12°; лишь при обдирке можно его увеличивать до 15°. Вершину резца закругляют, причем радиус закругления должен быть 3-4 мм. Угол наклона режущей кромки 4-5°.

Для распиливания слоистых пластических масс применяют ленточные пилы, дисковые пилы и карборундовые круги.

Ленточными пилами можно пользоваться для распиливания по прямой линии плит толщиной до 25 мм, причем скорость пилы составляет 1200-2000 м/мин. Зубья пил должны быть конусными, по 3 зуба на 1 пог. см. Зубья затачивают поперек и разводят так, чтобы ширина пропила была равна, по крайней мере, двойной толщине пилы.

Дисковыми пилами можно резать пластмассы толщиной до 50мм. Скорость вращения 2000-3000 об/мин. при диаметре пилы 330 мм.

Карборундовые круги применяют для распиливания особо твердых материалов.

Для сверления пластмасс рекомендуют пользоваться перовыми сверлами из быстрорежущей стали со шлифованными режущими кромками. Угол заострения для слоистых материалов при обработке параллельно слоям 100-125°, а для пластмасс, обрабатываемых перпендикулярно слоям, для карболита и других – 55-70°. Скорость резания 30-40 м/мин., подача 0,2-0,34 мм/об.

При сверлении слоистой пластмассы вдоль слоев, чтобы предупредить растрескивание материала, подача не должна превышать 0,25 мм/об., материал же надо заживать в тисках для предупреждения выламывания; сверление отверстий диаметром более 20 мм рекомендуют заменять растачиванием на токарном станке. Сверло надлежит время от времени извлекать из отверстия, давая возможность охладиться как инструменту, так и обрабатываемому материалу.

Просверленные отверстия обычно оказываются меньше диаметра сверла на 0,03-0,06 мм.

Для фрезерования плоскостей, пазов, канавок и пр. применяют фрезы с простым зубом. Скорость резания для торцовых фрез 46-52 м/мин., а для фасонных - 24-27 м/мин. Средняя величина подачи 0,1 мм/об. Отверстия в слоистом материале удовлетворительно пробиваются при нормальной температуре (комнатной) обычным вырубным штампом. Зазор между пуансоном и матрицей должен быть минимальный (около 0,1 мм). Слоистые материалы толщиной 3,5-5 мм удовлетворительно пробиваются лишь в нагретом до 90-100° виде. Для нагревания обрабатываемого материала пользуются масляными ваннами. Расстояние между соседними отверстиями должно составлять не менее двойной толщины материалов.

Шлифовку пластических асс производят стеклянной шкуркой, прикрепляемой к деревянному кругу, причем скорость вращения должна быть около 7м/сек.

Изделия простой формы полируют фланелевым кругом, не применяя полировочных составов. Изделия сложной формы сначала полируют матерчатым кругом с применением обычной (крокусной) пасты, а затем сухим фланелевым кругом. Круг диметром 300 мм должен делать около 1200 об/мин.